Giải bài tập SGK Vật lý 9 bài Bài 43: Ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ

Đặt vật ở xa thấu kính và màn ở sát thấu kính. Từ từ dịch chuyển màn ra xa thấu kính cho đến khi xuất hiện ảnh rõ nét của vật ở trên màn, đó là ảnh thật. Ảnh thật cùng chiều hay ngược chiều với vật?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ:

• Vật đặt ngoài khoảng tiêu cự cho ảnh thật, ngược chiều với vật. Khi vật đặt rất xa thấu kính thì ảnh thật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự.

• Vật đặt trong khoảng tiêu cự cho ảnh ảo, lớn hơn vật và cùng chiều với vật và cùng chiều với vật

• Vật đặt vuông góc với trục chính của thấu kính cho ảnh cũng vuông góc với trục chính của vật.

Hướng dẫn giải

• Đối với thấu kính hội tụ, vật đặt ngoài khoảng tiêu cự và trong khoảng tiêu cự có cho ảnh không giống nhau.
• Vật đặt ngoài khoảng tiêu cự cho ảnh thật, ngược chiều với vật. Khi vật đặt rất xa thấu kính thì ảnh thật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự.

Dịch vật vào gần thấu kính hơn. Tiến hành thí nghiệm như trên, có thu được ảnh của vật trên màn nữa không? Ảnh thật hay ảo? Ảnh cùng chiều hay ngược chiều với vật?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ.

Hướng dẫn giải

Khi vật lại gần thấu kính hơn nữa, ta không còn thu được ảnh thật ngược chiều với vật trên màn nữa, mà ta sẽ quan sát thấy một ảnh ảo, cùng chiều với vật và lớn hơn vật.

Hãy chứng minh rằng không hứng được ảnh của vật ở trên màn. Hãy quan sát ảnh của vật qua thấu kính và cho biết đó là ảnh thật hay ảo, cùng chiều hay ngược chiều, lớn hơn hay nhỏ hơn vật.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm đặc điểm ảnh của một vật tạo bởi thấu kính hội tụ.

Hướng dẫn giải

• Đặt vật trong khoảng tiêu cự, màn ở sát thấu kính. Từ từ dịch chuyển màn ra xa thấu kính, không hứng được ảnh ở trên màn.
• Đặt mắt trên đường truyền của chùm tia ló, ta quan sát thấy ảnh cùng chiều, lớn hơn vật.

⇒ Đó là ảnh ảo và không hứng được trên màn.

Hãy dựng ảnh S’ của điếm sáng S trên hình 43.3 SGK.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm đường truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ:

- Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương của tia tới.

- Tia tới song song với trục chính thì tia ló qua tiêu điểm.

- Tia tới qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.

Hướng dẫn giải

Để tìm ảnh S' của điểm sáng S qua thấu kính hội tụ ta vẽ đường truyền của hai trong ba tia đặc biệt từ vật đến thấu kính.

• Tia tới SO là tia đi quang tâm O nên cho tia ló đi thẳng.
• Tia tới SI là tia đi song song với trục chính nên cho tia ló đi qua tiêu điểm F’.

Hai tia ló trên giao nhau tại S’, ta thu được ảnh thật S’ của S qua thấu kính.

Hình vẽ:

Vật sáng AB được đặt vuông góc với trục chính của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 12cm. Điểm A nằm trên trục chính. Hãy dựng ảnh A'B' của AB và nhận xét đặc điểm của hai ảnh A'B' trong hai trường hợp:

•  Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 36cm (hình 43.4a)
•  Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 8cm (hình 43.4b)

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm đường truyền của ba tia sáng đặc biệt qua thấu kính hội tụ:

- Tia tới đến quang tâm thì tia ló tiếp tục truyền thẳng theo phương của tia tới.

- Tia tới song song với trục chính thì tia ló qua tiêu điểm.

- Tia tới qua tiêu điểm thì tia ló song song với trục chính.

Hướng dẫn giải

Ảnh A^'B^' được dựng lần lượt như sau:

Nhận xét:

• TH1: Vật AB cách thấu kính 36cm, ngoài khoảng tiêu cự→ cho ảnh thật, ngược chiều vật
• TH2: Vật AB cách thấu kính 8cm, trong khoảng tiêu cự→ cho ảnh là ảo, cùng chiều vật và lớn hơn vật.

Vận dụng kiến thức hình học, hãy tính khoảng cách từ ảnh đến thấu kính và chiều cao của ảnh trong hai trường hợp ở C5. Cho biết vật AB có chiều cao h = 1cm

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm: Sử dụng tỉ số đồng dạng của các cặp tam giác đồng dạng.

Hướng dẫn giải

• Vật AB cạch thấu kính 36cm: 

AB = h = 1cm; OA = d = 36cm; OF = OF' = f = 12cm; A'O = ? A'B' = ?

Ta có: 

\( \Delta O A B \sim \Delta O A^{\prime} B^{\prime} \Rightarrow \frac{A^{\prime} B^{\prime}}{A B}=\frac{A^{\prime} O}{A O}(1) \)
\( \Delta \mathrm{OIF}^{\prime} \sim \Delta A^{\prime} B^{\prime} F^{\prime} \Rightarrow \frac{A^{\prime} B^{\prime}}{O I}=\frac{A^{\prime} F^{\prime}}{O F^{\prime}}(2) \)

Lại có OI = AB (3)

Từ (1), (2) và (3) \( \Rightarrow \frac{A^{\prime} O}{A O}=\frac{A^{\prime} F^{\prime}}{\mathrm{OF}^{\prime}}=\frac{A^{\prime} O-\mathrm{OF}^{\prime}}{\mathrm{OF}^{\prime}} \Leftrightarrow \frac{A^{\prime} O}{36}=\frac{A^{\prime} O-12}{12} \)

⇒ AO^' = 18 cm.

Thay A’O = 18cm vào (1) ta có: \(\frac{{{A^{'}}{B^{'}}}}{1} = \frac{{18}}{{16}} \Rightarrow {A^{'}}{B^{'}} = 0,5cm\)

Vật AB cách thấu kính một khoảng d = 8cm.

AB = h = 1cm; OA = d = 8cm; OF = OF' = f = 12cm; A'O = ? A'B' = ?

Ta có:

\( \Delta O A B \sim \Delta O A^{\prime} B^{\prime} \Rightarrow \frac{A^{\prime} B^{\prime}}{A B}=\frac{A^{\prime} O}{A O}(1) \)
\( \Delta \mathrm{OIF}^{\prime} \sim \Delta A^{\prime} B^{\prime} F^{\prime} \Rightarrow \frac{A^{\prime} B^{\prime}}{O I}=\frac{A^{\prime} F^{\prime}}{O F^{\prime}}(2) \)

Mà OI = AB (3)

Từ (1), (2), (3) \( \Rightarrow \frac{A^{\prime} O}{A O}=\frac{A^{\prime} F^{\prime}}{\mathrm{OF}^{\prime}}=\frac{A^{\prime} O+\mathrm{OF}^{\prime}}{\mathrm{OF}^{\prime}} \Leftrightarrow \frac{A^{\prime} O}{8}=\frac{A^{\prime} O+12}{12} \)

Thay A^'O =24 cm vào (1), ta có: \(\frac{{{A^{'}}{B^{'}}}}{1} = \frac{{24}}{8} \Rightarrow {A^{'}}{B^{'}} = 3cm\)

Vậy, 

TH1: Vật AB cách thấu kính 36 cm thì: Chiều cao của ảnh là 0,5cm, khoảng cách từ ảnh đến thấu kính là 18 cm.

TH2: Vật AB cách thấu kính 8 cm thì: Chiều cao của ảnh là 3cm, khoảng cách từ ảnh đến thấu kính là 24 cm.

Trả lời câu hỏi nêu ra ở đầu bài?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm đối với thấu kính hội tụ:

- Vật đặt ngoài khoảng tiêu cự cho ảnh thật, ngược chiều với vật. Khi vật đặt rất xa thấu kính thì ảnh thật có vị trí cách thấu kính một khoảng bằng tiêu cự.

- Vật đặt trong khoảng tiêu cự cho ảnh ảo, lớn hơn vật và cùng chiều với vật.

Hướng dẫn giải

• Đặt một thấu kính hội tụ sát vào một trang sách, khi ấy các dòng chữ (coi là vật) sẽ nằm trong khoảng tiêu cự của thấu kính, cho hình ảnh các dòng chữ (là ảnh) sẽ cùng chiều và lớn hơn vật, do đó sẽ dễ đọc hơn. Từ từ dịch chuyển thấu kính ra xa, ảnh càng to và càng dễ đọc.
• Tuy nhiên, khi dịch chuyển đến một vị trí nào đó, ta lại nhìn thấy ảnh của dòng chữ ngược chiều với vật. Đó là ảnh thật của dòng chữ tạo bởi thấu kính hội tụ. Vị trí đó trùng với tiêu điểm của thấu kính hội tụ, nên khi tiếp tục dịch chuyển ra xa thì dòng chữ (vật) nằm ngoài khoảng tiêu cự, cho ta ảnh ngược chiều, khó đọc.